レジオネラ属菌について
知っていますか？

「エフェクター」とは？

これまで行われた研究の非常に大きな功績のひとつは、レジオネラが感染時に出す「エフェクター」というタンパク質を、世界で初めて発見されたこと、と伺っています。「エフェクター」とはどういうものでしょうか？

エフェクターの説明の前にまずエフェクター発見以前のことをお話しすると、病原菌がヒトに何かの病気を引き起こすメカニズムとしてよく知られていたのは「細菌毒素」でした。細菌毒素とは、「病原菌から一旦外界に放出される細菌由来のタンパク質性の物質」で、これがヒトの細胞に入り込み悪さをします。その存在は古くから知られており、例えば、乳幼児に打つ4種混合ワクチンの中には百日咳毒素やジフテリア毒素由来の抗原が含まれています。

細菌毒素は非常に昔から知られていましたが、細菌感染現象の分子生物学的な研究がだんだん進んでくると、「どうもそれだけでは細菌感染現象は説明できない」ということがわかって来ました。細菌毒素以外に、細菌が宿主細胞に直接コンタクトすることにより、細菌から直接宿主細胞中に打ち込まれる細菌由来のタンパク質性の因子があるということがわかり始めました。それらの因子に対して、細菌毒素と区別するために「エフェクター」という名前が付けられました。

ではレジオネラが感染時に出す「エフェクター」とはどういうものなのでしょうか？

我々がレジオネラの研究をはじめた2000年前後には、ペスト菌やサルモネラなどが「III型分泌装置（※1）」というタイプの分泌装置を持っており、これにより宿主細胞へ輸送されて、宿主細胞内機能をハイジャックする因子として、エフェクターという概念が明らかにされていました。私は1999年にアメリカに留学してレジオネラ研究を始めましたが、レジオネラはIII型分泌装置とは少し違う分泌装置を持っていることはわかっていたのですが、エフェクターについてはまだ全くわかっていませんでした。エフェクターの探索というのは非常にわかりやすいテーマということもあり、これに着手しました。幸運にもレジオネラで最初にエフェクターを見つけることができたのですが（※2）、このことにより、IV型分泌装置を持つレジオネラも、III型分泌装置を持つサルモネラやペスト菌などと同じようなスキームで、エフェクターを使って宿主をハイジャックしていると証明できました。

（※1）注射針のような構造をしたタンパク質の分泌装置であり、細菌のなかでつくられた多種多様なエフェクターとよばれるタンパク質を宿主細胞のなかに射ち込むはたらきをもっている
（※2）Nagai H et al., Science. 2002 Jan 25;295(5555):679-82.
　 　 　doi: 10.1126/science.1067025.

「メタエフェクター」の発見

最近ではメタエフェクターというものを発見されたと伺っています。メタエフェクターとはどのようなものなのか、またメタエフェクターを見つけるまでの経緯についても教えてください。

エフェクターは当然あると思っていましたが、始めは見つからずとても苦労しました。しかし、最初の一つが見つかればそれを突破口にして、他のグループからもどんどんと発見の報告がでてくるようになりました。そして驚くことに、今度は逆に、非常に多数のエフェクターを持っているのではないか、ということがわかってきました。レジオネラは3,000くらいのORF（※3）を持っていますが、そのうちの1割以上にあたる300以上がエフェクターをコードしていると考えられており、他の病原菌と比べると桁違いに多いことが今ではわかっています。

メタエフェクター LubX による SidH への作用

すると今度は、なんでそんなに多いのだろうか、という疑問をもつようになりました。最初にメタエフェクターであることが判明したLubXというタンパク質についても、最初の論文では宿主の因子を標的とする普通のエフェクターとして報告しました。エフェクターを標的とするエフェクター（メタエフェクター）という考えに至った最初のきっかけは、トランスロケーションアッセイ（※4）であったと思います。1つの標的に対してプラスとマイナスの機能を持った一対のエフェクターというものの存在はそれまでに知られており、しかもそれらが隣同士の遺伝子にコードされているということが多くありました。LubXをコードする遺伝子の隣にもSidHという大きなエフェクターをコードする遺伝子があったことで、トランスロケーションアッセイによりSidHの動態を調べてみようと思った記憶があります。それで実際やってみると、ユビキチンリガーゼ活性を持つLubXによりSidHがユビキチン化（※5）され、プロテオソーム依存的に分解される、つまりLubXはSidHを時間的に調節する制御因子として機能している、という考え方にたどり着いたのです（※6）。

（※3）タンパク質へと転写・翻訳される可能性のあるDNA配列
（※4）エフェクターが宿主細胞内へ輸送されていることを示す方法の一つ
（※5）タンパク質修飾の一種。タンパク質の分解の他、さまざまな生命現象に関わることが知られている
（※6）Kubori T et al., PLoS Pathog. 2010 Dec 2;6(12):e1001216.
　 　 　doi: 10.1371/journal.ppat.1001216.

それまでのエフェクターの定義というのは「細菌がコードしている機能性のタンパク質で、宿主因子を標的にする」というものでしたが、その定義には明らかに当てはまりませんでした。「メタ」という言葉は「階層構造の上層に」、「一歩外へ出る」という意味があり、エフェクターを標的としていたので「メタエフェクター」という名前をつけました。エフェクター同士でピラミッドのような階層構造をつくっているという概念が、そこで初めて出てきました。

今後の研究計画について

今後の研究計画について教えてください。

レジオネラのエフェクターがたくさんあるというお話をしましたが、それらを研究してわかってきた興味深い特徴のひとつは、今まで人類の誰も知らなかった新たな生化学反応が見つかってくるということです。その代表例が「ユビキチン化」です。私達人類のような真核細胞はユビキチンという小さなタンパク質をタグのような形で、標的タンパク質にくっつけます。ユビキチン化されたタンパク質は分解されたり、あるいはオートファジー（※7）によって消化されたりすることが知られています。教科書的にはよく知られたユビキチン化経路というものがあるのですが、レジオネラからはそれと異なる全く新しい生化学反応で標的をユビキチン化する経路がいくつか見つかってきており、それに関わる研究もしています。

なぜ、レジオネラがこのようなことをするのかはわかっていません。考えられる仮説のひとつは、身体が外から入ってくる病原体に対抗する手段を無効化するのに関係しているというものです。外界から侵入する病原微生物を標的とするゼノファジーというタイプのオートファジーがあるのですが、その際にユビキチンが目じるしになります。レジオネラは、宿主細胞に入った際に膜に囲われた液胞のかたちで存在していますが、その表面がなぜかユビキチン化されています。なぜこれでオートファジーに食われないのか、わかっていません。レジオネラが行っている異常なユビキチン化は、オートファジーシグナルとしてのユビキチンの機能を失わせているのかもしれません。

このように、レジオネラを研究しているとこれまで知られていなかった新しい生化学反応が発見されてきます。これを1つの切り口に、全生物に共通する新規な生命現象を見つけられたらいいなと考えています。

（※7）細胞自身が持つ、細胞内の不要なたんぱく質や侵入した病原菌を認識・分解するシステムのこと

レジオネラ研究は、今後社会にどのような影響を与えると思いますか？

我々のような研究によって、病原微生物感染による病原性のメカニズムを明らかにすることができれば、新規の抗菌薬、薬剤を開発するためのターゲットを見いだすことができると思います。将来的にはコロナウイルスのように、新たな病原菌や病原体が出現した時にも使えるような治療戦略や、薬剤の開発に繋がっていくのではないか、そういう風に発展していけたらいいなという想いがあります。